LPP-核酸药物递送新手段
发布时间:2023-02-06
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综述

纳米递送系统(Nano Drug Delivery,nano-DDS) 是一种药物递送策略,是一种基于纳米颗粒,可用于递送局部、口服、静脉内或肺部给药的药物。目前,脂质纳米颗粒(lipid nanoparticles, LNP)递送系统最为成熟,新冠mRNA疫苗选择了该系统进行递送。相对应的,LPP(Lipopolyplex,脂质多聚复合物)是我国斯微生物拥有自主知识产权的递送技术,能够避开LNP极高的专利壁垒。


1、LPP的作用机理

LPP纳米递送平台是一种以聚合物包载mRNA为内核、磷脂包裹为外壳的双层结构。LPP的双层纳米粒和相比于传统的LNP具有更好的包载、保护mRNA的效果,并能够随聚合物的降解逐步释放mRNA分子。LPP平台优异的树突状细胞靶向性可以更好地通过抗原递呈激活T细胞的免疫反应,从而达到理想的免疫治疗效果。


LPP的组合主要有6个部分,核酸、阳离子脂质、磷脂,多肽、胆固醇以及PEG(聚乙二醇)脂质。其中阳离子脂质用于包裹核酸,磷脂和外部连接的PEG可提高LPP稳定性。胆固醇的含量能够影响转染效率,多肽用于结合核酸以及结合细胞表面受体。


从图1可以看到,LPP的结构跟病毒相近,我们利用其递送mRNA,机体免疫系统就会非常容易识别它们,并进行吞噬。一旦mRNA颗粒被吞噬后,它就会在机体内表达,mRNA分子翻译抗原蛋白,免疫细胞呈递相应抗原蛋白,以产生免疫反应。


图1:携带mRNA的LPP示意图




资料来源:资料来源,《mRNA递送平台&药物研发》


LPP的激活免疫系统的通路:

如图2所示,LPP/OVA mRNA 会刺激树突状细胞(DC 2.4)分泌IFN-β或者分泌TNF-α(橘黄色)。对照中,LPP/OVA mRNA+ODN2095 则不大量分泌IFN-β和TNF-α,ODN2095是一种TLR7, TLR8的抑制剂,因此, LPP mRNA分子是通过激活Toll-like receptor 7/8 通路发挥作用。


图2:携带mRNA的LPP激活的细胞因子


资料来源,《mRNA递送平台&药物研发》


如图3可见,CD8α阳性DC(树突状细胞)展现出更高的聚集性,因此LPP-mRNA疫苗颗粒可以有效地被CD8α阳性的DC细胞给吞噬。CD8蛋白是细胞毒性 T 细胞群的标志物,可与MHCI相互作用,这样的亲和力可以将抗原传递给毒性T细胞(CTL),从而高效的产生特异性免疫反应,并且它们是白细胞介素12(IL-12)的主要生产者并刺激炎症反应。


图3、4:特定的DC细胞对于LPP-mRNA在淋巴结的聚集性


资料来源,《mRNA递送平台&药物研发》


2、LPP的器官靶向性



装载mRNA疫苗的纳米脂质体有较强的嗜肝性,虽然脂质纳米颗粒(LNP)是目前临床中应用最多的mRNA递送系统,但是这种传统的LNP由于肝脏积聚,治疗应用有限。


并且大量的肝聚集会导致局部的超敏反应,已有报告称LNP的肝聚集特性会导致免疫系统攻击肝脏而导致肝损伤。


且LNP的结构容易在血液中大量滞留而导致免疫毒性。部分情况下,LNP 的过敏反应较为严重,在注射使用 LNP递送系统的药物之前,患者需要使用抗组胺和激素药物控制,对于慢性病使用限制较大。相比之下,LPP可以通过改变组分大小以及(多肽)种类等实现器官的靶向性。LPP可以通过改变注射方式改变滞留部位,并不会有明显的肝驻留。


图5、6:LPP-mRNA颗粒器官驻留

资料来源,《mRNA递送平台&药物研发》



LPP和LNP器官靶向性对比:


目前LNP-SORT的研究已经初步证明,LNP可以通过增加额外的SORT分子来获得器官靶向性,在传统 LNP 中添加补充成分(称为 SORT 分子)系统地改变体内递送概况,并介导组织特异性递送作为 SORT 分子。这种方法成功地重定向了脂质纳米粒子。


因此,斯微生物在初期设计的多肽部分使得LPP在器官靶向性上具有一定的超前性。对比通路2,Spleen SORT,在高浓度18PA的情况下,LNP的肝靶向减弱,脾脏、肺脏的LNP丰度到达60%。相较于LPP的脾脏单靶向性88.4%,缺乏了靶向精度以及丰度。


目前来看LPP在器官靶向性上具有一定的优势。除此自外,LPP可以通过改变组分大小等实现器官的靶向性。而且大部分LNP-mRNA与LPP-mRNA都选择使用肌肉注射,不同的是大部分LPP会停留在接种部位,同时有一些随着淋巴液去淋巴结。如果LPP-mRNA使用皮下注射给药,这些LPP-mRNA就能够到达淋巴结。


图7:LNP-SORT 可改变器官靶向性 LNP的靶向性

资料来源,Nature nanotechnology


3、LPP和LNP专利限制对比小结


LNP递送系统的核心壁垒是材料的专利。Arbutus公司是国际LNP领域的龙头公司,广泛且深入地覆盖了阳离子脂质及PEG脂质方面的大量专利,包括众多的化合物结构专利、LNP组合物及其配比专利和应用专利,mRNA疫苗三巨头都曾向Arbutus寻求LNP的专利授权。


同时由于Arbutus专利覆盖的完整性,Moderna曾向美国专利商标局申请无效化Arbutus的部分专利。但对于US8058069号美国专利,Moderna最终整体败诉,由此可以看出LNP专利对mRNA公司的重要性。因此,mRNA和mRNA-LNP组合物,在2029年专利到期之前,其保护难以撼动。


图8:Alnylam起诉Moderna与辉瑞,关于Covid-19中使用的LNP专利侵权

资料来源,公开信息



目前需要使用LNP进行商业化的国产mRNA厂商,既可以选择取得Arbutus或其他专利方的授权、采购境外商业化品种使用的专有组分材料,也可以从LNP各组分的结构及其组合的研发入手,打造自主专利壁垒,获得更强的主动权。但是目前,多数国内LNP由于专利问题,难以进军海外。


与此不同的是,斯微生物成功地获得LPP递送平台的全球独家商业化权限,该技术是与LNP并驾齐驱的mRNA主要递送平台。2017年7月,经过与康奈尔大学休斯顿卫理公会医院(Houston Methodist Hospital)协商,斯微生物正式获得沈海法教授发明的mRNA递送技术相关专利的全球独家授权。



4、总结


表1:LNP与LPP的优缺点以及结构对比

资料来源,华医研究院


斯微生物的LPP相较于传统LNP,其结构中的多肽允许LPP产生特殊的器官靶向性。并且运输以及储存条件相对于LNP拥有着较大优势。然而,不可否定的是,在新冠疫情中,Pfizer与Moderna的mRNA疫苗与LNP运送载体已经拥有大量的临床数据以及相对成熟的制备工艺,并且其有效性亦不容置疑。


相比之下,以斯微生物的LPP为平台的药物研发尚未完成,难以预测其效果。同时,LPP的六结构组成成分以及其双层结构在递送方面可能导致显著毒性和低转染效率。


目前来看,脂质纳米递送载体依旧是市场的主流。相比于无机纳米载体,有机纳米载体,等其他纳米载体,其优秀的核酸包封率以及转染有效性让众多mRNA研发厂商趋之若鹜。


并且随着大量资本的投入,脂质纳米递送载体的技术也发展迅速,相信以LNP为首的脂质纳米递送载体会为未来的mRNA治疗手段打下坚实的基础。


总而言之,LNP作为mRNA疫苗的主要载体,目前其地位难以撼动。LNP的专利未到期之前,其专利,材料壁垒必然成为众多医药企业的难以突破的一道防线。


但随着核酸药物的高速发展,越来越多的医药企业会关注以及研发纳米递送载体,届时也会有更多类型的纳米递送系统会被投入临床实验与应用。因此,相信LPP等一众新型纳米递送平台也会在未来被广为关注,但它们是否能经得住时间以及大量临床实验的考验还有待观察。

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